(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対のヘッダタンクと、これらヘッダタンク間に連結された複数のチューブと、該チューブ間にフィンを配設して構成された冷媒蒸発を行なう熱交換ユニットを複数個備え、これら複数の熱交換ユニットの間に第１モジュレータを有し、該第１モジュレータが、上流側熱交換ユニットからの冷媒を貯留し、内部に気液分離界面を形成し、この気液分離界面の上方の気冷媒を下流側の熱交換ユニットをバイパスして流し、気液分離界面の下方の液冷媒を下流側の熱交換ユニットに流すように配設され、
前記第１モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路に、流量制御弁を配設したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１モジュレータが前記上流側熱交換ユニットもしくは前記下流側熱交換ユニットの少なくとも一方と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記上流側熱交換ユニットの少なくとも一方のヘッダタンクに該ヘッダタンクを仕切る仕切板が設けられ、該上流側熱交換ユニットは、冷媒が該仕切板で区分されたチューブ群からなる冷媒通路をＵターンして流れるように形成されており、前記第１モジュレータは該上流側熱交換ユニットのヘッダタンクに一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
前記上流側熱交換ユニットが通風方向に対して風下側に配設され、前記下流側熱交換ユニットが通風方向に対して風上側に積層して配設されており、風下側熱交換ユニットの一方のヘッダタンクに冷媒の入口部が設けられ、該風下側熱交換ユニットの該一方のヘッダタンクの風上側に重なって位置する風上側熱交換ユニットの一方のヘッダタンクに冷媒の出口部が設けられ、風下側熱交換ユニット及び風上側熱交換ユニットのそれぞれの他方のヘッダタンクが互いに風上及び風下に重なって配置され、これらの他方のヘッダタンクに跨ってモジュレータが設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
前記上流側熱交換ユニットの入口側に更に第２モジュレータが設けられ、この第２モジュレータに流入した冷媒は、第２モジュレータで分離されて、気相冷媒を含む一部冷媒は該上流側熱交換ユニットをバイパスして流れ、液相冷媒を含む残部冷媒は該上流側熱交換ユニットに流入するようになっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる第２冷媒管路の断面積を、前記第１モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる第１冷媒管路の断面積よりも小さくしたことを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、この熱交換ユニットに一体に形成したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の熱交換器。
【請求項８】
前記下流側熱交換ユニットの出口部に第１冷媒配管が連結され、前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該第１冷媒配管に連結したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器。
【請求項９】
前記上流側熱交換ユニットの入口部に第２冷媒配管が連結され、該第２冷媒配管に膨張弁が配設され、該膨張弁の感温筒が前記第１冷媒配管に配設され、前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該感温筒より上流側の第１冷媒配管に連結したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該下流側熱交換ユニットの出口部が設けられたヘッダタンクに連結したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの冷媒の蒸発状態に応じて制御することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの冷媒の圧損に応じて制御することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの入口部と出口部との冷媒温度差に応じて制御することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記下流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積が、前記上流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、この熱交換ユニットのヘッダタンク内を貫通して配設したことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、冷媒流速可変部を設け、該冷媒流速可変部に、該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたことを特徴とする請求項１５記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、管内断面積よりも拡大した断面積を有する拡大部を設け、該拡大部に該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたことを特徴とする請求項１５記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、この冷媒管路内を通過する冷媒が螺旋状に通流する螺旋流通部を設け、該螺旋流通部に該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたことを特徴とする請求項１５記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に冷媒衝突板を設け、この冷媒衝突板を設けた部分に、該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたことを特徴とする請求項１５記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒蒸発を行なう冷媒通路を有する熱交換ユニットを少なくとも２ユニット連接して構成される熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平０９−１７０８５０号公報に見られるような熱交換器が知られている。この熱交換器は、図１５に示すように、熱交換ユニットは上下両端部にタンク部を配置しており、かつ風下側及び風上側に積層配置されている。
【０００３】
この熱交換器では、風下側熱交換器１０２の下部タンク部の中央部分に仕切部１１１が設けられ、第１下部タンク１０７ａ及び第２下部タンク１０７ｂに区分されている。同様に風上側熱交換器の上部タンク部の中央部分に仕切部１１０が設けられ、第１上部タンク１０８ａ及び第２上タンク１０８ｂに区分されている。第２下部タンク１０７ｂと第２上部タンク１０８ｂとが連通路１１２で連通されている。第１下部タンク１０７ａに冷媒の入口部１１４が設けられ、第１上部タンク部１０８ａに出口部１１５が設けられている。
【０００４】
この熱交換器では、冷媒は入口部１１４から第１下部タンク１０７ａに入り、チューブ内の冷媒通路を上昇して上部タンク１０６に導かれる。そして、この上部タンク１０６内を長手方向に通流し冷媒通路を下降して第２下部タンク１０７ｂに至る。さらに、冷媒は、連通路１１２を介して第２上部タンク１０８ｂに導かれ、そこから冷媒通路を下降して下部タンク１０９に導かれ、この下部タンク１０９内を長手方向に通流し冷媒通路を上昇して第１上部タンク１０８ａに至り、この第１上部タンク１０８ａの出口部１１５から流出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平０９−１７０８５０号のものでは、気液２相冷媒の液相冷媒と気相冷媒が入口部１１４から第１下部タンク１０７ａに入り、チューブ内の風下側冷媒通路を上昇して上部タンク１０６に導かれる。その時、図１５に示すように、軽い気相冷媒が冷媒通路の中央上方部分に溜まる傾向になる。そして、通常冷媒は上タンク１０６内を長手方向に通流し冷媒通路を下降して第２下部タンク１０７ｂに至るが、上タンク内１０６を長手方向に通流する際に、比較的重い液相冷媒は通流慣性により長手方向奥まで導かれ、その結果、気相冷媒が冷媒通路の中央下方部分に溜まる傾向になる。風上側熱交換ユニットでも同様なことが発生する。
【０００６】
このように気相冷媒が熱交換ユニットの一部に集中して停滞しまうために、均一な流れができず、均等な熱分布が得られず、熱交換ユニットでの熱交換が十分に行なわれない。そのために、熱交換ユニット数を増やして、冷媒通路の経路長を長くすることが考えられる。そのようにすれば、熱交換ユニットの総容量が大きくなり、スペースの問題が発生する。また、熱交換ユニットを細分化して熱交換ユニット数を増加する、所謂多パス化することも考えられるが、冷媒通路の経路長が長くなり、流通抵抗が増加し圧損が大きくなる。
【０００７】
特に、液相冷媒と気相冷媒とが混在して、熱交換ユニット内を下方に通流し、そこからＵターンして上昇するタイプでは、上昇する冷媒通路内で液相冷媒と気相冷媒との分布が拡大し、温度分布の差が増大し、熱交換能力が低下する。それとともに、偏った液相冷媒は蒸発効率が悪く、そのまま熱交換ユニットの出口部から排出されるので、冷媒循環量が減少し、冷房能力が低下する。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解消することを狙いとし、特に熱交換ユニットに２相冷媒の液相冷媒と気相冷媒が導入されても、熱交換効果を十分に発揮できる熱交換器を提供するものである。特に、熱交換ユニット内での気相冷媒と液相冷媒の通流状況を考慮し、熱交換ユニット内での気相冷媒の通流をできるだけ少なくし、気相冷媒が熱交換ユニットの冷媒通路内で停滞或は発生を少なくするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、
一対のヘッダタンクと、これらヘッダタンク間に連結された複数のチューブと、該チューブ間にフィンを配設して構成された冷媒蒸発を行なう熱交換ユニットを複数個備え、これら複数の熱交換ユニットの間に第１モジュレータを有し、該第１モジュレータが、該上流側熱交換ユニットからの冷媒を貯留し、内部に気液分離界面を形成し、この気液分離界面の上方の気冷媒を下流側の熱交換ユニットをバイパスして流し、気液分離界面の下方の液冷媒を下流側の熱交換ユニットに流すように配設された構成である。
【００１０】
この構成では、熱伝導率の低い気相冷媒が熱交換ユニットをバイパスするので、熱交換能力が向上する。また、流速の速い気相冷媒が熱交換ユニットをバイパスするので圧損が少なく、熱交換ユニットでは流速のバラツキが少なくなり、分流の偏りが小さくなり、熱交換能力が向上する。
【００１１】
また、第１モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路に、流量制御弁を配設した構成であり、排出する気相冷媒が多い時にはこの流量制御弁開度を大きし、少ない時にはこの流量制御弁開度を小さくするように制御でき、気相冷媒量によって流量を適切に制御できる。その結果、気液分離が促進され、冷房能力が向上する。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記第１モジュレータが上流側熱交換ユニットもしくは下流側熱交換ユニットの少なくとも一方と一体に形成されているので、熱交換器をコンパクトにでき、部品点数も削減できる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記上流側熱交換ユニットの少なくとも一方のヘッダタンクに該ヘッダタンクを仕切る仕切板が設けられ、該上流側熱交換ユニットは、冷媒が該仕切板で区分されたチューブ群からなる冷媒通路をＵターンして流れるように形成されており、第１モジュレータは該上流側熱交換ユニットのヘッダタンクに一体に形成されている構成であり、上流側熱交換ユニットで発生した気液冷媒が第１モジュレータで効果的に分離されるので、下流側熱交換ユニットでの熱交換効率が向上する。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記上流側熱交換ユニットが通風方向に対して風下側に配設され、前記下流側熱交換ユニットが通風方向に対して風上側に積層して配設されており、風下側熱交換ユニットの一方のヘッダタンクに冷媒の入口部が設けられ、該風下側熱交換ユニットの該一方のヘッダタンクの風上側に重なって位置する風上側熱交換ユニットの一方のヘッダタンクに冷媒の出口部が設けられ、風下側熱交換ユニット及び風上側熱交換ユニットのそれぞれの他方のヘッダタンクが互いに風上及び風下に重なって配置され、これらの他方のヘッダタンクに跨ってモジュレータが設けられている構成であり、モジュレータがコンパクトにかつ部品点数少なく設けられる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか記載の熱交換器において、
前記上流側熱交換ユニットの入口側に更に第２モジュレータが設けられ、この第２モジュレータに流入した冷媒は、第２モジュレータで分離されて、気相冷媒を含む一部冷媒は該上流側熱交換ユニットをバイパスして流れ、液相冷媒を含む残部冷媒は該上流側熱交換ユニットに流入するように構成されているので、気液分離が大幅に促進され、熱交換能力は飛躍的に向上し、圧損も低下する。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項５記載の熱交換器において、
前記第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる第２冷媒管路の断面積を、前記第１モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる第１冷媒管路の断面積よりも小さくした構成である。膨張弁で減圧膨張された冷媒に含まれる気相冷媒は、他の熱交換ユニットを通過した冷媒中の気相冷媒よりも少ないから、第２モジュレータに流れる気相冷媒量は比較的少ない結果となる。そこで、この第２モジュレータの冷媒管路断面積を小さくしたので、気相冷媒量に応じて冷媒管路断面積を設定でき、冷媒管路への液相冷媒の流入を効果的に阻止でき、気液分離能力を向上できる。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか記載の熱交換器において、
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、この熱交換ユニットに一体に形成したので、熱交換ユニットをコンパクトにでき、かつ部品点数を削減でき、低コスト化できる。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器において、
前記下流側熱交換ユニットの出口部に第１冷媒配管が連結され、前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該第１冷媒配管に連結したので、圧縮機の液圧縮を防止できる。
【００１９】
請求項９に発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器において、
前記上流側熱交換ユニットの入口部に第２冷媒配管が連結され、該第２冷媒配管に膨張弁が配設され、該膨張弁の感温筒が前記第１冷媒配管に配設され、前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該感温筒より上流側の該第１冷媒配管に連結した構成であり、気相冷媒が感温筒に戻されることで、感温筒までに冷媒が完全に蒸発することとなる。その結果、膨張弁は開く方向になり、冷媒の循環量が増加し、冷房能力が大きく向上する。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項１ないし７のいずれか記載の熱交換器において、
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、該下流側熱交換ユニットの出口部が設けられたヘッダタンクに連結した構成であり、この冷媒管路内に液相冷媒が流れていても、熱交換ユニットから外部に流出することを防止できる。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの冷媒の蒸発状態に応じて制御するので、気相冷媒量によって流量を適切に制御でき、気液分離が促進され、冷房能力が向上する。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの冷媒の圧損に応じて制御するので、熱交換ユニットの圧損が大きい時には気相冷媒が多い状態であり、その状態のときに気相冷媒をバイパスでき、冷房能力が向上する。
【００２３】
請求項１３の発明は、請求項１記載の熱交換器において、
前記制御弁を、前記モジュレータの上流側熱交換ユニットの入口部と出口部との冷媒温度差に応じて制御するので、気相冷媒量をより正確に検知でき、気相冷媒量に応じてバイパス量を制御できるので、冷房能力が向上する。
【００２４】
請求項１４の発明は、請求項１ないし１３のいずれか記載の熱交換器において、
前記下流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積が、前記上流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積よりも小さい構成である。この構成では、熱交換ユニット内を液相冷媒に混じり流れる気相冷媒の量が少ない熱交換ユニットでは圧損が低下するので、同等圧損でも断面積を小さくし伝熱面積を増やすことが可能であり、冷房能力を向上できる。
【００２５】
請求項１５の発明は、請求項１ないし１４のいずれか記載の熱交換器において、
前記第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路を、この熱交換ユニットのヘッダタンク内を貫通して配設したので、熱交換器をコンパクトにできる。
【００２６】
請求項１６の発明は、請求項１５記載の熱交換器において、
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、冷媒流速可変部を設け、該冷媒流速可変部に、該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたので、気液分離を促進できる。
【００２７】
請求項１７の発明は、請求項１５記載の熱交換器において、
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、管内断面積よりも拡大した断面積を有する拡大部を設け、該拡大部に該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたので、気液分離をより促進できる。
【００２８】
請求項１８の発明は、請求項１５記載の熱交換器において、
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に、この冷媒管路内を通過する冷媒が螺旋状に通流する螺旋流通部を設け、該螺旋流通部に該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたので、気液分離をよりいっそう促進できる。
【００２９】
請求項１９の発明は、請求項１５記載の熱交換器において、
前記ヘッダタンクを貫通して設けられた冷媒管路に冷媒衝突板を設け、この冷媒衝突板を設けた部分に、該ヘッダタンクに開口する開口部を設けたので、気液分離機能を大幅に促進できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施例を図面に基づいて説明する。図１及び図２は第１実施例の熱交換器１を示す。図１に示すように、熱交換器１は風向きＡで示されるように、風下側熱交換ユニット２、風上側熱交換ユニット３からなる。風下側熱交換ユニット２及び風上側熱交換ユニット３はそれぞれ、複数のチューブ４と放熱用の波状フィン５が交互に積層され、この積層されたチューブ４及び波状フィン５の上下に設けられた上部ヘッダタンク６、下部ヘッダタンク７及び上部ヘッダタンク８、下部ヘッダタンク９とから構成されている。
【００３１】
図２は、図１の熱交換器の風上側熱交換ユニット２と風下側熱交換ユニット３を展開して、冷媒の流れを説明するために外観を簡単に模式的に示したものである。図２に示すように、風下側熱交換ユニット２の上部ヘッダタンク６および風上側熱交換ユニット３の上部ヘッダタンク８に、それぞれ、仕切部材１２、１３が設けられて、上部ヘッダタンク６が第１ヘッダタンク６a、第２タンク６ｂに、上部ヘッダタンク８が上部第１タンク８a、第２タンク８ｂに分離されている。
【００３２】
第１モジュレータ１０が風下側熱交換ユニット２及び風上側熱交換ユニット３に跨って、一体に形成されている。第１モジュレータ１０が第１ヘッダタンク６aからの冷媒を貯留し、内部に気液分離界面Ｆを形成し、この気液分離界面Ｆの上方の気相冷媒を第１流出口１７を通して下流側熱交換ユニット３をバイパスして流し、気液分離界面Ｆの下方の液相冷媒を下流側熱交換ユニット３に流すように配設されている。第１モジュレータ１０が一体に形成されているので、熱交換器全体をコンパクトにでき、部品点数も削減できる。
【００３３】
この第１実施例の冷媒の流れを説明する。入口部１４から導入された気液混合冷媒は、第１ヘッダタンク６ａからチューブ群の冷媒通路を下降して下部ヘッダタンク７に至り、下部ヘッダタンク7内を長手方向に流れてからチューブ群の冷媒通路を上昇し、第２ヘッダタンク６ｂに至る。
【００３４】
この時に、冷媒中の液相冷媒は、図２に示すように、下部ヘッダタンク７内の長手方向への流れに従って、風下側第１熱交換ユニット２の端方向に集約し、逆に気相冷媒はハッチングで示すように風下側第１熱交換ユニット２の中央方向に集約してチューブ内を上昇する。なお、気相冷媒を太矢印で示し、液相冷媒を単線矢印で示す。
【００３５】
気相と液相の混在した冷媒は、更に第２ヘッダタンク６ｂから第１モジュレータ１０に流れる。そして、この第１モジュレータ１０内で液相冷媒は下方に貯留され、気相冷媒は上方に貯留され、途中に気液分離界面Ｆを形成する。上方の気相冷媒は第１流出口１７を通って流出し、下方の液相冷媒は第１ダクト１８を通って第２タンク８ｂに流れる。第２タンク８ｂの冷媒は、チューブ群の冷媒通路を下降して、下部ヘッダタンク９に至り、そこを横に流れてチューブ群の冷媒通路を上昇し、第１ヘッダタンク８ａに至り、そこから出口部１５を通って熱交換ユニット３から出ていく。
【００３６】
この実施例では、熱伝導率の低い気相冷媒が下流側熱交換ユニット３をバイパスするようにしているので、熱交換能力が向上する。また、流速の速い気相冷媒が下流側熱交換ユニット３をバイパスするので圧損が少なく、熱交換ユニット１では流速のバラツキが少なくなり、分流の偏りが小さくなり、熱交換能力が向上する。
【００３７】
本発明の第２実施例を図３に示す。第２実施例で第１実施例と同じ部分は同じ符号で示し、異なる点を別の符号とし、この異なる点を説明する。
【００３８】
上流側熱交換ユニット２の入口側に更に第２モジュレータ１１が設けられ、この第２モジュレータ１１に流入した冷媒は、第２モジュレータ１１で分離されて、気相冷媒を含む冷媒は上流側熱交換ユニット２をバイパスして流れ、液相冷媒を含む冷媒は上流側熱交換ユニット２に流入するように構成されている。
【００３９】
気相冷媒は、第１モジュレータ１０の流出口１７ａ及び第２モジュレータ１１の流出口１７ｂから共通の冷媒管路２０を通って、出口部１５の下流に接続された第１冷媒配管２１に導かれる。一般的に、熱交換ユニット２に持ち込まれる以前にも冷媒中に気相冷媒と液相冷媒とが混在しており、そのまま熱交換ユニット２に導くと、気相冷媒が増幅される傾向にある。従って、この実施例では、熱交換ユニット２に導入される前にも気液を分離するようにしたものである。即ち、この実施例では、熱交換ユニット２に導入される前に気液を分離するモジュールを設けると同時に、熱交換ユニットの途中にも気液を分離するモジュールを設けるものであり、気液分離機能に優れ、熱交換ユニットでの冷房能力が非常に高い。
【００４０】
気相冷媒をバイパスさせる冷媒管路２０はヘッダタンク６、８と一体に形成され、コンパクトに設けられている。また、部品点数も少なくて良く、組立性も良く、低コスト化できる。
【００４１】
図４は、第２実施例の熱交換器を使用した冷凍サイクル５０を示す。冷凍サイクル５０は、冷媒が圧縮機５１から凝縮器５２、受液器５３、膨張弁５４を通って、本発明のモジュレータ５６、熱交換ユニット５５を繰り返して通って、再び圧縮機５１に戻るようになっている。モジュレータ５６から流出する気相冷媒は冷媒管路２０を通って第１冷媒配管２１に導かれる。２２は第２冷媒配管を示す。
【００４２】
図５は第３実施例に関わり、図４と同様な図を示す。第３実施例では、図４の実施例に対して、第１冷媒配管２１に感温筒５７が設けられ、感温筒５７の冷媒状態によって、膨張弁５４の開閉状態を制御している。
【００４３】
即ち、気相冷媒が感温筒５７に戻されることで、感温筒５７までに冷媒が完全に蒸発することとなり、膨張弁５４は開く方向に制御し、冷媒の循環量が増加し、冷房能力が大きく向上するようにする。
【００４４】
図６は第４実施例に関わり、図３と同様な図を示す。この第４実施例が、図３と異なる点は、冷媒管路２０の出口が第１ヘッダタンク８ａに接続されている点である。
【００４５】
第４実施例では、冷媒管路２０を下流側熱交換ユニット３の第１ヘッダタンク８ａに連結したので、この冷媒管路２０内に液相冷媒が流れていても、熱交換ユニット３から外部に流出することを防止できる。
【００４６】
図７は第５実施例に関わり、図３と同様な図を示す。この第５実施例が、図３と異なる点は、この第５実施例の冷媒管路３０がヘッダタンク６及び８を貫通して設けられている点である。そして、冷媒管路３０が第１ヘッダタンク６ａ及び第２ヘッダタンク８ｂに臨む部分に開口部３１が設けられている。
【００４７】
冷媒管路３０が熱交換器の外部に設けられてないので、熱交換器をコンパクトにできる。その上、液相冷媒が開口部３１からヘッダタンクに６、８に戻るように形成されているので、冷媒管路３０に液相冷媒が含まれていても、さらにこの開口部３１で分離される結果となり、気液分離能力が向上する。
【００４８】
図８は第６実施例に関わり、図３と同様な図を示す。この第６実施例では、第２モジュレータ１１から流出する第２冷媒管路３０ｂの断面積を、第１モジュレータ１０から流出する第１冷媒管路３０ａの断面積よりも小さくしている。膨張弁５４で減圧膨張された冷媒に含まれる気相冷媒は、他の熱交換ユニットを通過した冷媒中の気相冷媒よりも少ないから、第２モジュレータ１１に流れる気相冷媒量は比較的少ないので、第２モジュレータ１１の冷媒管路断面積を小さくし、冷媒管路への液相冷媒の流入を効果的に阻止し、気液分離能力を向上するようにしている。
【００４９】
図９は第７実施例に関わり、図８と同様な図を示す。この第７実施例は、本発明の実施形態に相当するものであり、第６実施例に対して、第１冷媒管路３０ａに流量制御弁３２を配設したものである。この第７実施例では、例えば、排出する気相冷媒が多い時にはこの流量制御弁３２の開度を大きし、少ない時にはこの流量制御弁３２の開度を小さくするように制御し、気相冷媒量によって流量を適切に制御する。この制御によって、気液分離が促進され、冷房能力が向上する効果が得られる。
【００５０】
図１０は第８実施例に関わり、図９と同様な図を示す。この第８実施例は、第７実施例の流量制御弁３２を、上流側熱交換ユニット２の冷媒の蒸発状態に応じて制御するようにしたものである。この制御では、気相冷媒量によって流量を適切に制御でき、気液分離が促進され、冷房能力が向上する。
【００５１】
図１１は第９実施例に関わり、図９と同様な図を示す。この第９実施例は、第７実施例の流量制御弁３２を、上流側熱交換ユニット２の冷媒の圧損に応じて制御するようにした。この制御により、熱交換ユニット２の圧損が大きい時には気相冷媒が多い状態であり、その状態のときに気相冷媒をバイパスでき、冷房能力を向上させることができる。
【００５２】
また、図示してないが、流量制御弁３２を、第１モジュレータ１０の上流側熱交換ユニット２の入口部と出口部との冷媒温度差に応じて制御するようにしても良い。この制御により、気相冷媒量をより正確に検知でき、気相冷媒量に応じてバイパス量を制御できるので、冷房能力を向上させることができる。
【００５３】
図１２は第１０実施例に関わる。第１０実施例は、該下流側熱交換ユニット３ａのチューブ群からなる冷媒通路４ａのそれぞれの断面積が、該上流側熱交換ユニット２ａのチューブ群からなる冷媒通路４ｂのそれぞれの断面積よりも小さくしてある。この第１０実施例では、下流側熱交換ユニット３ａで、冷媒通路４ａは上から下へ、下から上へ、また上から下へと２回Ｕターンする構成としている。このように、気相冷媒が少ない下流側熱交換ユニット３ａでは、液相冷媒の通過する冷媒通路の経路を長くして、熱交換効果を向上させ、冷房能力を向上するようにしている。
【００５４】
図１３は第１１実施例に関わり、図７の第５実施例の冷媒管路３０の一部構造を変更したものである。ヘッダタンク６ａを貫通して設けた冷媒管路３０に形成された開口部３１近傍に、図１３（ｂ）に拡大して示すように、拡大部３３（冷媒流速可変部）を設けたものである。この拡大部３３により、冷媒の流速が急激に減速し、液相冷媒が拡大部３３の下部に貯留されるようになり、開口部３１からヘッダタンク６ａに戻る。このように拡大部３３を設けることにより、気液分離を促進できる。なお、この拡大部３３はヘッダタンク６ａ及び８ｂの少なくとも一方に設ければ良いものである。
【００５５】
図１４は第１２実施例に関わり、図１３（ｂ）と同様な図を示す。即ち第１１実施例の拡大部３３の代りに螺旋流通部３４を設けたものである。螺旋流通部３４において、冷媒管路内を通過する冷媒が螺旋状に通流した時に、この螺旋流通部３４に開口した開口部３１から液相冷媒がヘッダタンク６ａに戻るのを促進できる。
【００５６】
また、図示してないが、拡大部３３や螺旋流通部３４を設ける部分に冷媒衝突板を設け、この冷媒衝突板を設けた部分に、該ヘッダタンクに開口する開口部を設けて、通流抵抗を形成し、液相冷媒が冷媒管路を通過しにくくし、ヘッダタンクに戻り易くすることも可能である。このようにすれば、気液分離機能を大幅に促進できる。
【００５７】
上記実施例においては、上流側熱交換ユニットと下流側熱交換ユニットとの２つ熱交換ユニットを有する熱交換器で説明したが、さらに上流側や下流側に熱交換ユニットを有するものでも本発明は適用できる。その際に、それらの熱交換ユニットに本発明のモジュールを追加して設けても、或は設けなくても良いものである。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１の発明では、冷媒蒸発を行なう複数の熱交換ユニットの間に第１モジュレータを有し、この第１モジュレータが上流側熱交換ユニットからの冷媒を貯留し、内部に気液分離界面を形成し、この気液分離界面の上方の気冷媒を下流側の熱交換ユニットをバイパスして流し、気液分離界面の下方の液冷媒を下流側の熱交換ユニットに流すように配設されているので、熱伝導率の低い気相冷媒が熱交換ユニットをバイパスでき、熱交換能力が向上する。また、流速の速い気相冷媒が熱交換ユニットをバイパスするので圧損が少なく、熱交換ユニットでは流速のバラツキが少なくなり、分流の偏りが小さくなり、熱交換能力が向上する。
【００５９】
上流側熱交換ユニットが通風方向に対して風下側に配設され、下流側熱交換ユニットが通風方向に対して風上側に積層して配設され、一方のヘッダタンクに冷媒の入口部と出口部が設けられ、他方のヘッダタンクに跨ってモジュレータが設けられているものでは、モジュレータがコンパクトにかつ部品点数少なく設けられる。また、上流側熱交換ユニットから下流側熱交換ユニットに対して反転して冷媒が流れる部分にモジュレータを設けているので、液相冷媒がこのモジュレータの下方に貯留され易く、気液分離効果に優れる。
【００６０】
上流側熱交換ユニットの入口側に更に第２モジュレータを設けたものでは、熱交換ユニットに導入される冷媒及び熱交換ユニットを通過中の冷媒の両方について、気液分離を行なうので、気液分離が大幅に促進され、熱交換能力は飛躍的に向上し、圧損も低下する。
【００６１】
第１モジュレータもしくは第２モジュレータから流出した冷媒がこのモジュレータの下流側の熱交換ユニットをバイパスして流れる冷媒管路に、流量制御弁を配設したものでは、例えば、排出する気相冷媒が多い時にはこの流量制御弁開度を大きし、少ない時にはこの流量制御弁開度を小さくするように制御することにより、気相冷媒量によって流量を適切に制御でき、気液分離を促進し、冷房能力を向上することができる。
【００６２】
下流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積が、上流側熱交換ユニットのチューブ群からなる冷媒通路の断面積よりも小さくしたものでは、熱交換ユニット内を液相冷媒に混じり流れる気相冷媒の量が少ない熱交換ユニットでは圧損が低下するので、同等圧損でも断面積を小さくし伝熱面積を増やすことが可能であり、冷房能力を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した第１実施例の熱交換器の概略斜視図を示す。
【図２】  第１実施例の熱交換器の展開概略図である。
【図３】  本発明の第２実施例を示す。
【図４】  第２実施例を適用した冷凍サイクルを示す図である。
【図５】  第３実施例に関わり、図４と同様な図を示す。
【図６】  第４実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図７】  第５実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図８】  第６実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図９】  第７実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図１０】  第８実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図１１】  第９実施例に関わり、図３と同様な図を示す。
【図１２】  第１０実施例に関わり、熱交換ユニットとモジュレータを模式的に展開して示した図である。
【図１３】  第１１実施例に関わり、（ａ）は図３と同様な図を示し、（ｂ）は拡大部を示す。
【図１４】  第１２実施例に関わり、図１３（ｂ）と同様な図を示す。
【図１５】  従来技術の液相冷媒及び気相冷媒の分布状態を説明する図である。
【符号の説明】
１    熱交換器
２    上流側熱交換ユニット
（風下側熱交換ユニット）
３    下流側熱交換ユニット
（風上側熱交換ユニット）
４    チューブ
５    フィン
６    上部ヘッダタンク
６ａ    第１ヘッダタンク
６ｂ    第２ヘッダタンク
７      下部ヘッダタンク
８      上部ヘッダタンク
８ａ    第１ヘッダタンク
８ｂ    第２ヘッダタンク
９      下部ヘッダタンク
１０    第１モジュレータ
１１    第２モジュレータ
１２    仕切部材
１３    仕切部材
１４    入口部
１５    出口部
１７    第１流出口
１８    第１ダクト
１９    第２ダクト
Ｆ      気液分離界面
２０    冷媒管路
２１    第１冷媒配管
２２    第２冷媒配管
３０    冷媒管路
３０ａ  第１冷媒管路
３０ｂ  第２冷媒管路
３１    開口部
３２    流量制御弁
３３    拡大部
３４    螺旋流通部
５０    冷凍サイクル
５１    圧縮機
５２    凝縮器
５３    樹液器
５４    膨張弁
５５    蒸発器（熱交換器）
５６    モジュレ−タ
５７    感温筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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